JP3687316B2 - Centering jig and measuring device using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円孔の芯出治具及びそれを用いた測定装置に係り、特にフランジのフランジ孔及びボルト孔の芯出治具及びそれを用いた測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
設備における配管施工では、機器やタンク等の設置とそれらに接続する配管との間に、設置誤差や製作誤差があることが多く、配管施工する前に機器やタンク等の設置状況を正確に計測する必要がある。しかし、設置状況の計測を金尺や下げ振り等の手回り工具を用いて正確に行うのは困難なため、配管の現場に合わせて対処するのが現状である。即ち、機器やタンク等の設置状況に合わせた配管を製作するのではなく、設置現場で既成の配管を設置状況に合わせて切断し溶接することによって配管施工を行っている。しかし、このような方法では、現場での作業が多くなるだけでなく、溶接部からのもれ等の問題が生じ、特に原子力発電所等では、重大な事故を発生する要因になる。
【0003】
このような背景から、機器やタンク等の設置状況や製作誤差を正確に計測し、その計測値に基づいて工場で配管を製作して、現場では、その配管の組付けのみを行う、所謂プレハブ施工を行うことが望まれる。そこで、配管施工に必要なフランジの位置と姿勢を求めるために、フランジ孔中心、フランジ面角度、ボルト孔振り角度を、3次元位置計測器を用いて計測する試みがなされている。図11には、その計測状況が示されている。同図に示されているように、フランジ2の外周部には、3次元位置計測器のターゲット3である反射プリズムが配置されており、3次元位置計測器1は、ターゲット3の計測点Pに赤外線Lを照射して、ターゲット3の計測点Pの座標を計測し、その計測点Pからフランジ中心FO、フランジ面角度、ボルト孔中心BO等を求める。図12には、ターゲット3の設置状況が示され、ターゲット3は6ヶ所に設置されている。図中ターゲット3A〜3Cは、フランジ中心FO及びフランジ面角度を算出するために設置したものであり、ターゲット3D〜3Fは、フランジ締結用ボルト孔のボルト孔振り角度を算出するためのボルト孔中心BOを算出するために設置したものである。この際、ターゲット3A〜3Fは、フランジ2にマグネットで取り付けられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マグネットでフランジにターゲットを取り付ける方式は、フランジの計測位置に正確に位置合わせすることが大変難しく、更に、フランジ孔中心とボルト孔中心をそれぞれ求めるために大変手間がかかるという欠点があった。また、非磁性のフランジには取り付けられないので、3次元位置計測器を用いてフランジを計測することはできないという欠点があった。
【0005】
また、従来の方法では、フランジ面上にターゲットを配置するので、フランジ面全体が目視できる位置に3次元位置計測器を設置しなければならないという欠点もある。
これらの欠点により、3次元位置計測器によるフランジ計測は、充分に実用化されていないのが実情である。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、計測点を有するターゲットをフランジに簡単且つ正確に取り付けることができ、3次元位置計測器でフランジの位置や姿勢を精度良く測定することができると共に、フランジと3次元位置計測器との間に障害物がある場合でも対応することのできる芯出治具及びそれを用いた測定装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を解決するために、表面と裏面とが互いに平行な両面を垂直に貫通する円孔の芯を出すための芯出治具であって、前記両面の一方面側に当接して該一方の面と平行な面を形成する基準面設定部材と、前記基準面設定部材に装着されるとともに、回転自在なベアリングが先端に設けられ、該ベアリングが前記一方の面に当接される当接補助部材と、前記基準面設定部材に、該基準面に対して垂直に支持され、前記円孔の一方面側から他方面側に挿通される棒状部材と、独楽形状をした独楽型本体を前記円孔の両面の他方面側に配置し、前記独楽型本体の円錐状面を前記基準面設定部材の基準面に対向配置した状態で前記独楽型本体の中心線と前記棒状部材の中心線とが一致するように前記棒状部材にスライド自在に嵌通する独楽型部材と、前記基準面設定部材に支持され、前記棒状部材の中心線上に計測点が位置するターゲット部材と、前記基準面設定部材と前記独楽型部材とで前記円孔の両面を挟み付ける挟み付け手段と、から成ることを特徴とする。
【0008】
また、本発明は前記目的を解決するために、タンク等の機器に取り付けられたフランジの位置と姿勢を測定する測定装置において、表面と裏面とが互いに平行な両面を垂直に貫通する円孔の芯を出すための芯出治具であって前記両面の一方面側に当接して該一方の面と平行な面を形成する基準面設定部材と、前記基準面設定部材に、該基準面に対して垂直に支持され、前記円孔の一方面側から他方面側に挿通される棒状部材と、独楽形状をした独楽型本体を前記円孔の両面の他方面側に配置し、前記独楽型本体の円錐状面を前記基準面設定部材の基準面に対向配置した状態で前記独楽型本体の中心線と前記棒状部材の中心線とが一致するように前記棒状部材にスライド自在に嵌通する独楽型部材と、前記基準面設定部材に支持され、前記棒状部材の中心線上に計測点が位置するターゲット部材と、前記基準面設定部材と前記独楽型部材とで前記円孔の両面を挟み付ける挟み付け手段と、から成り、前記フランジの3つのボルト孔にそれぞれ取り付ける芯出治具と、前記各芯出治具に設けられたターゲットの各計測点の3次元座標を計測する3次元位置計測手段と、前記3次元位置計測手段で計測された各計測点の3次元座標に基づいて前記フランジの位置と姿勢を演算する演算手段と、から成ることを特徴とする。
【0009】
更に、本発明は前記目的を解決するために、タンク等の機器に取り付けられたフランジの位置と姿勢を測定するために前記フランジに取り付けられる芯出治具において、前記フランジのフランジ面に当接して基準面を形成する基準面部と該基準面部に支持されて前記フランジ面に平行な軸部とから成る治具本体と、前記フランジのフランジ面に当接して基準面を形成する基準面部と該基準面部に垂直な鉛直柱とから成り、前記治具本体の軸部にスライド自在に支持されるスライド部材と、前記治具本体と前記スライド部材の各基準面側にそれぞれ支持されると共に、その回転軸が各基準面に対して垂直な一対のローラ部材と、前記治具本体と前記スライド部材にそれぞれ1つ設けられ、その計測点と前記一対のローラ部材との位置関係が予め設定された一対のターゲットと、前記治具本体と前記スライド部材の何れか一方に設けられ、その計測点が前記一対のターゲットの計測点と共に空間上に平面を形成するターゲットと、前記治具本体の軸部に沿って前記スライド部材をスライドさせるスライド手段と、から成り、前記フランジのフランジ孔中心を挟んで対向するフランジの一対のボルト孔に前記一対のローラを挿入すると共に、前記スライド手段で前記治具本体に前記スライド部材を近接させる方向にスライドさせて前記一対のローラで前記一対のボルト孔の間を挟持して前記フランジに取り付けることを特徴とする。
【0010】
更に、本発明は前記目的を解決するために、タンク等の機器に取り付けられたフランジの位置と姿勢を測定する測定装置において、前記フランジに取り付ける請求項3記載の芯出治具と、前記各芯出治具に設けられたターゲットの各測定点の3次元座標を計測する3次元位置計測手段と、前記3次元位置計測手段で計測された各計測点の座標に基づいて前記フランジの位置と姿勢を演算する演算手段と、から成ることを特徴とする。
【0011】
本発明の請求項1の芯出治具によれば、円孔の一方側面に配設した基準面設定部材の棒状部材を円孔に挿通すると共に、該棒状部材に円孔の他方側面に配設した独楽型部材の独楽型本体を嵌入し、基準面設定部材と独楽型部材とで円孔の両面を挟み付けるだけで、ターゲットの計測点は円孔の芯上に位置決めされる。本発明の請求項2の芯出装置によれば、フランジの3つのボルト孔にそれぞれ芯出治具を設置し、該芯出治具の各ターゲットの計測点の3次元座標を3次元位置計測手段により計測し、各ターゲットの3次元座標から演算手段によりフランジの位置と姿勢を算出する。
【0012】
本発明の請求項3の芯出治具によれば、フランジのフランジ孔中心を通って対向するフランジの一対のボルト孔に、治具本体とスライド部材の一対のローラ部材を挿入すると共に、スライド手段で治具本体にスライド部材を近接させる方向にスライドさせて一対のローラで一対のボルト孔の間を挟持して芯出治具をフランジに取り付けるだけで、3つのターゲットの計測点は、フランジの位置と姿勢を計測するのに適切な位置に位置決めされる。
【0013】
本発明の請求項4の芯出装置によれば、フランジに請求項3記載の芯出治具を取り付け、該芯出治具の各ターゲットの計測点の3次元座標を3次元位置計測手段により計測し、各ターゲットの3次元座標から演算手段によりフランジの位置と姿勢を算出する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る芯出治具及びそれを用いた測定装置の好ましい実施の形態を詳説する。
図1は、本発明に係る測定装置の第1の実施の形態の全体構成を説明する説明図である。
【0015】
同図に示すように、測定装置10は、主として、フランジ12にターゲット24を設置する3個の芯出治具22と、前記ターゲット24の各計測点24Pの3次元座標を計測する3次元位置計測器18と、計測された各計測点24Pの3次元座標からフランジの位置と姿勢を算出する演算器20と、から構成される。
3次元位置計測器18は、反射プリズムであるターゲット24に光線Lを発射して、ターゲット24により反射した光線の波長を測定することによりターゲット24までの距離を求めると共に、発射した光線の水平角度及び垂直角度を求めることによりターゲット24の3次元座標を計測する公知の装置である。
【0016】
図2は、芯出治具22の構造を説明する説明図である。
同図に示すように、芯出治具22は、基準面設定部材26と独楽型部材40とから構成され、基準面設定部材26の面受け板28には、フランジ面12aと当接する基準面28aが円形状に形成される。基準面28aは、滑らかな面になっており、フランジ面12aの面粗度が小さい場合には、当接したまま基準面設定部材26を動かすことができる。また、この基準面28a上には、回転自在なベアリングが先端に設けられた当接補助部材32が、着脱可能となっている。即ち、フランジ面12aの面粗度が大きい場合には、3つの当接補助部材32を基準面12aに取り付け、ベアリングをフランジ面12aに当接する。これにより、基準面28aはフランジ面12aと平行に設定されると共に、フランジ面12aとの摩擦力が小さいのでフランジ面12aに対して基準面設定部材26を滑らかに平行移動することができる。
【0017】
また、面受け板28の基準面28aの中心には、円柱状の棒状部材38が基準面28aと垂直方向に設置され、周面には雄ねじが設けられている。
面受け板28の基準面28aの反対側には、ターゲット24が支持部材30を介して設置され、計測点24Pが棒状部材38の中心線36の延長上に形成される。ターゲット24は、軸受30cにより軸支されると共に、軸受30cを設置した土台30bが支持柱30aにより軸支される。これにより、ターゲット24は、あらゆる方向に向けることができ、即ち、3次元位置計測器18の光線を確実に該3次元位置計測器18に反射することができる。また、支持柱30aは、伸縮自在であり、基準面28aからターゲット24の計測点24Pまでの距離L(図3参照)を状況に合わせて設定することができる。即ち、障害物等により直接3次元位置計測器18から計測点24Pを目視できない場合には、目視できる位置まで支持柱30aを伸長する。
【0018】
一方、独楽型部材40は、円筒状の軸部材42の外周面側に形成された雄ねじ42aを、独楽型本体44と円錐コロ軸受46を介して、ナット部材48の内側の雌ねじと螺合することにより形成される。軸部材42の内周面側には、前記基準面設定部材26の棒状部材38の雄ねじと螺合する雌ねじが設けられている。独楽型本体44は、その一部が円錐台の形状をしており、円錐コロ軸受46によって、軸部材42及びナット部材48に対し回転自在に支持される。また、円錐コロ軸受46の作用によって、独楽型本体44、軸部材42、円錐コロ軸受46及びナット部材48の中心線は確実に一致するように形成される。これにより、棒状部材38と軸部材42を螺合した際、即ち、基準面設定部材26を独楽型部材40で固定した際に、独楽型本体44の中心線が棒状部材38の中心線36と一致する。
【0019】
次に上記の如く構成された本発明に係る測定装置の第1の実施の形態の作用について説明する。
図3は、本発明に係る測定装置の第1の実施の形態の作用を説明する説明図であり、芯出治具22をフランジ12のボルト孔16に設置した様子を示している。同図は、フランジ面12aの面粗度が大きい場合であり、当接補助部材32を用いてフランジ面12aに当接している。
【0020】
先ず、基準面設定部材26の棒状部材38をフランジ面12a側からボルト孔16に挿通し、当接補助部材32のベアリングをフランジ面12aに当接させる。これにより、基準面28aはフランジ面12aと平行に設定されると共に、棒状部材38の中心線36は、フランジ面12aと垂直に形成される。
次に、基準面設定部材26を、フランジ12の裏面12b側から独楽型部材40によって固定する。即ち、ボルト孔16を挿通した棒状部材38の雄ねじを、独楽型部材40の軸受42の雌ねじに螺入する。螺入することにより、基準面設定部材26がフランジ面12aに対し滑らかに平行移動し、独楽型本体44の円錐台部分の周面44aが、裏面12b上にボルト孔16が形成する円とその円周全体において当接する。独楽型本体44は軸受42及びナット部材48に回転自在に支持されているので、周面44aが当接した後も更に螺入して、基準面設定部材26と独楽型部材40とでボルト孔16の両面を挟み付けることができる。この挟み付けにおいて、独楽型本体44の円錐台部分の作用により、棒状部材38の中心線36とボルト孔16の芯は確実に一致し、ターゲット24の計測点24Pはボルト孔16の芯上に配置される。
【0021】
同様にして、3つのボルト孔16にそれぞれ芯出治具22を設置することにより、3つのボルト孔16の芯上にそれぞれターゲット24の計測点24Pを配置する。
このようにして配置した各ターゲット24の計測点24Pの3次元座標を3次元位置計測器18を用いて計測する。計測されたデータは演算器20に送られ、配管施工に必要なフランジ12の位置と姿勢が算出される。即ち、計測点24Pは、ボルト孔16の芯上の点であるので、3つの計測点24Pを通る平面を算出することにより、計測点24PからL(図3参照)だけ離れたボルト孔中心16aを求めることができる。更に、3つのボルト孔中心16aの位置から、フランジ孔中心を簡単に算出される。
【0022】
このように、本発明に係る第1の実施の形態によれば、芯出治具22をボルト孔16に設置するだけで、自動的にターゲット24の計測点24Pをボルト孔16の芯上に位置決めできる。このため、ターゲット24の取り付け作業を簡単に行えると共に、ターゲット24の計測点24Pを確実に計測位置に設置することができる。従って、3次元位置計測器18によってターゲット24の計測点24Pの3次元座標を計測することにより、配管等の設置状況を正確に測定することができる。また、3次元位置計測器18からフランジ面12a全体が確認できない場合には、支持柱30aを計測点24Pが確認できる位置まで伸長することにより、フランジの位置と姿勢を計測することができる。
【0023】
尚、上述した実施の形態では、ターゲット24を棒状部材38の中心線36上に1個配置したがこれに限定するものではなく、ボルト孔中心16aとの位置関係が分かるものならば、面受け板28に対し何処に配置してもよく、また、何個配置してもよい。更に、ターゲット24を棒状部材38の中心線上の2点、若しくは、ターゲット24を1個の治具に3個配置することにより、芯出治具を1個設置するだけで、設置した円孔の芯を求めることができる。
【0024】
また、上記の第1の実施の形態では、測定装置及び芯出治具を、配管のフランジの設置状況を測定するために用いたが、円孔の芯を求める様々な状況において用いることができる。例えば、図4は、第1の実施の形態の変形例を説明する説明図である。同図では、配管52を通すためのスリーブ50が、コンクリート等の壁材を流す前の壁枠56に支持部材54により仮設されている様子を示している。尚、スリーブ50の芯出に用いる芯出治具は、第一の実施の形態で用いた芯出治具22と同様であるので、芯出治具22の説明は省略する。
【0025】
スリーブ50は、配管52が通るような円筒状に形成され、各スリーブ50、50、…の芯が同一方向を向くように仮設されている。スリーブ50の中空部に当接補助部材32を取り外した芯出治具22を第1の実施の形態と同様に設置する。これにより、各ターゲット24の計測点24Pは、各スリーブ50の芯上に設置される。この計測点24Pを3次元位置計測器18により計測して、各計測点24Pの位置を演算器20で算出することにより、各計測点24Pが直線上に並んでいるかを判断する。全ての計測点24Pを直線上に配置することにより、各スリーブ50を正確に直線上に仮設することができる。
【0026】
図5は、本発明にかかる測定装置の第2の実施の形態の全体構成を説明する説明図である。
同図で示すように、第2の実施の形態を示す測定装置60は、3個のターゲット64をフランジ12の外側に配置する芯出治具62と、各ターゲット64の計測点70の3次元座標を計測する3次元位置計測器18と、計測された計測点70の3次元座標からフランジ12の位置と姿勢を算出する演算器20とから構成される。
【0027】
図6は、芯出治具62の構成を説明する説明図である。尚、図5では、計測点70A、70B、70Cをフランジ面12aと平行な平面上に配置した例で説明したが、図6では、各計測点70A、70B、70Cを基準面66aと垂直な平面上に配置した例で説明する。
図6で示すように、芯出治具62の治具本体66は、フランジ12のフランジ面12aに当接して基準面67aを形成する基準面部67と、該基準面部67に基準面67aと平行に支持された軸部68とで形成される。軸部68には、スライド部材76が軸部68の中心線80方向にスライド自在となるように支持され、軸部68のネジ部68aに螺合したナット部材69と係合する。これにより、ナット部材69を締め込むことによって、スライド部材76をスライドさせることができる。スライド部材76は、基準面77aを形成する基準面部77と、該基準面部77に基準面77aと垂直に支持された鉛直柱78とで形成される。スライド部材76の基準面77aは、治具本体66の基準面67aと同一平面上にあり、基準面67aと共にフランジ面12aに当接する。
【0028】
また、治具本体66の基準面67a及びスライド部材76の基準面77aには、軸部68の中心線80上に、一対のローラ74A、74Bが回転自在に支持される。
軸部68の先端及び鉛直柱78下端部には、それぞれターゲット64A、64Bが設けられ、各ターゲットの計測点70A、70Bを通る直線は中心線80と平行な直線を形成する。これにより、スライド部材76をスライドさせた際の各ターゲットの計測点70A、70B間の距離の変化量は、一対のローラ74A、74B間の距離の変化量に比例する。従って、ローラ74A、74Bの回転軸がそれぞれ基準面66A、66Bに交差する点84A、84Bの中点84P(図8参照)と、計測点70A、70Bの中点70P(図8参照)との位置関係は常に等しくなる。また、ターゲット64Cは、スライド部材76の鉛直柱78上端部に設けられ、ターゲット64Cの計測点70Cとターゲット64Bの計測点70Bを通る直線は基準面67a、77aの法線を形成する。尚、各ターゲットは、第1の実施の形態と同様にあらゆる方向に向けることができるように設置される。
【0029】
次に上記のように構成された芯出治具を用いた測定装置の作用について説明する。
図7及び図8は、芯出装置の第2の実施の形態の作用を説明する説明図である。図7は、上面図であり、図8は、フランジのみを断面図で示した側面図である。
【0030】
先ず、ローラ74A、74Bを、フランジ中心14Pを挟んで対向するボルト孔16A、16Bにフランジ面12a側から挿入して、治具本体66の基準面67a及びスライド部材76の基準面77aをフランジ面12aに当接する。ナット部材69を回してスライド部材76をスライドさせ、ローラ74A、74Bで各ボルト穴の周面82A、82Bを挟持する。これにより、芯出治具62は、フランジ12に取り付けられる。この取り付けにおいて、ローラ74A、74Bは回転自在に支持されているので、ローラ74A、74Bと周面82A、82Bとの摩擦抵抗は減少し、確実にローラ74A、74Bと接する周面82A、82Bの距離が最も小さくなるようにフランジ12を挟持する。従って、芯出治具62は、軸部の中心線80がボルト孔16A、16Bの芯及びフランジ孔14の芯を通るように設置され、84A、84Bの中点84Pとフランジ孔中心14Pが一致する。
【0031】
次に、フランジ12に配置された各ターゲットの計測点70A、70B、70Cの位置を3次元位置計測器18を用いて計測する。計測されたデータは演算器20に送られ、フランジ12の位置と姿勢を算出する。即ち、計測点70A、70Bから中点70Pの位置を求め、計測点70B、70Cを通る直線方向にL1移動し、計測点70A、70Bを通る直線方向にL2移動した点が中点84P、即ちフランジ穴中心14Pとなる。また、計測点70B、70Cを通る直線は、フランジ面12aの法線であるので、フランジ12の面角度を求めることができる。
【0032】
このように、本発明に係る第2の実施の形態によれば、芯出治具62をフランジ12に取り付けるだけで、各ターゲットの計測点70A、70B、70Cがフランジ12の位置と姿勢を求めるのに適した位置に自動的に位置決めされる。また、フランジ面12aの外側に集中してターゲットを配置できるので、3次元位置計測器18からフランジ面12a全体が確認できない狭所においても、フランジ12の位置と姿勢を計測することができる。
【0033】
尚、上述した実施の形態において、ターゲット64A、64B、64Cの設置位置は、変更することも可能である。例えば、ターゲット64A、64Bの設置位置に関しては、そのターゲットの計測点70A、70Bの変化量が、一対のローラ74A、74B間の距離の変化量に対応するように設置するならば何処でもよい。また、ターゲット64Cは、ターゲット64A、64Bと共に、基準面67a、77aと関係が明らかな平面を形成するならば何処に設置してもよい。
【0034】
また、上述した実施の形態では、一対のローラ74でボルト穴16を挟持することにより、芯出治具62をフランジ12に設置したが、これに限定するものではなく、軸部68の中心線80がボルト穴16A、16Bの芯を通るように確実に設置できるのならば、どのような方法で設置してもよい。
また、上述した実施の形態では、測定装置60を、配管のフランジ12の設置状況を測定するために用いたが、3次元位置計測器18から計測点が目視できない様々な状況において利用することができる。例えば、図9は、第2の実施の形態の変形例を説明する説明図であり、タンク等の障害物88で計測点が3次元位置計測器18から目視できない場合の様子を示している。また、図10は、図9の変形例で使用する計測治具の構造概略図である。
【0035】
図10に示すように、計測治具90は、治具本体92とスライド部材94とで構成され、治具本体92の一方端にはターゲット96Aが設置され、他方端には支持針98Aが設けられている。スライド部材94も同様に、ターゲット96A側の先端にターゲット96Bが設置され、他端に支持針98Bが設けられている。また、各ターゲットの計測点97A、97Bは、支持針98A、98Bの先端99A、99Bを結ぶ直線上に配置される。これにより、スライド部材94をスライドさせた際の計測点97A、97Bの距離の変化量は、指示針98A、98Bの先端の距離の変化量に比例する。従って、計測したい2点にそれぞれ支持針99A、99Bの先端を当て、計測点97A、97Bの位置を3次元位置計測器で測定することにより、演算器20で障害物に隠れている2点の位置、及び2点間の距離を算出することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る芯出治具及びそれを用いた測定装置によれば、ターゲットが支持された芯出治具を、フランジに取り付けるだけで、ターゲットの計測点が計測に適した位置に自動的に位置決めされる。これにより、ターゲットの取り付け作業が迅速に行えると共に、3次元位置計測器による正確な計測を行うことができる。また、フランジの材質に関係なく芯出治具を取り付けることができる。更に、3次元位置計測器からフランジ面全体が確認できないような狭所の計測作業も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明に係る測定装置の第1の実施の形態の全体構成図
【図2】本発明に係る第1の実施の形態の芯出治具の構成図
【図3】本発明に係る測定装置の第1の実施の形態の作用を説明する説明図
【図4】本発明に係る第1の実施の形態の変形例を説明する説明図
【図5】本発明に係る測定装置の第2の実施の形態の全体構成図
【図6】本発明に係る第2の実施の形態の芯出治具の構成図
【図7】本発明に係る測定装置の第2の実施の形態の作用を説明する説明図(上面図)
【図8】本発明に係る測定装置の第2の実施の形態の作用を説明する説明図(側面図)
【図9】本発明に係る第2の実施の形態の変形例を示す全体構成図
【図10】図9における芯出治具の全体構成図
【図11】従来技術の測定装置の説明図
【図12】従来技術の測定装置の説明図
【符号の説明】
12…フランジ
12a…フランジ面
14…フランジ孔
16…ボルト孔
18…3次元位置計測器
20…演算器
22…芯出治具(第1の実施の形態)
24…ターゲット(第1の実施の形態)
24P…計測点(第1の実施の形態)
26…基準面設定部材
28a…基準面(第1の実施の形態)
38…棒状部材
40…独楽型部材
44a…円錐の周面
62…芯出治具(第2の実施の形態)
64…ターゲット(第2の実施の形態)
66…治具本体
67…基準面部
67a…基準面(第2の実施の形態)
68…軸部
70…計測点
74…ローラ
76…スライド部材
77…基準面部
77a…基準面(第2の実施の形態)
78…鉛直柱[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circular hole centering jig and a measuring apparatus using the same, and more particularly to a flange hole and bolt hole centering jig and a measuring apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
In piping construction in facilities, there are often installation errors and manufacturing errors between the installation of equipment and tanks and the piping connected to them, and the installation status of equipment and tanks etc. is accurately measured before piping construction. There is a need to. However, since it is difficult to accurately measure the installation status using hand tools such as a metal ruler or swinging down, the current situation is to cope with the piping site. That is, instead of manufacturing piping according to the installation status of equipment, tanks, etc., piping is performed by cutting and welding existing piping according to the installation status at the installation site. However, such a method not only increases the number of work on site, but also causes problems such as leakage from the welded part, and causes a serious accident especially in a nuclear power plant.
[0003]
Against this background, the so-called prefabs are used to accurately measure installation conditions and manufacturing errors of equipment, tanks, etc., manufacture piping at the factory based on the measured values, and only assemble the piping at the site. It is desirable to perform construction. Therefore, in order to obtain the position and orientation of the flange necessary for piping construction, attempts have been made to measure the flange hole center, flange surface angle, and bolt hole swing angle using a three-dimensional position measuring instrument. FIG. 11 shows the measurement status. As shown in the figure, a reflecting prism, which is a
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of attaching the target to the flange with a magnet has a drawback in that it is very difficult to accurately align with the measurement position of the flange, and it takes a lot of time to find the center of the flange hole and the center of the bolt hole. . Moreover, since it cannot attach to a nonmagnetic flange, there existed a fault that a flange cannot be measured using a three-dimensional position measuring device.
[0005]
Further, in the conventional method, since the target is disposed on the flange surface, there is a disadvantage that the three-dimensional position measuring device must be installed at a position where the entire flange surface can be visually observed.
Due to these drawbacks, flange measurement using a three-dimensional position measuring instrument has not been sufficiently put into practical use.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a target having a measurement point can be easily and accurately attached to a flange, and the position and posture of the flange can be accurately measured with a three-dimensional position measuring instrument. An object of the present invention is to provide a centering jig capable of handling even when there is an obstacle between the flange and the three-dimensional position measuring instrument and a measuring apparatus using the centering jig.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned object, the present invention is a centering jig for centering a circular hole that vertically penetrates both surfaces whose front and back surfaces are parallel to each other, and is in contact with one surface side of the both surfaces. A reference surface setting member that forms a surface parallel to the one surface; A contact assisting member mounted on the reference surface setting member and provided with a rotatable bearing at the tip, and the bearing abutting against the one surface; The reference surface setting member is supported perpendicularly to the reference surface, and is inserted into a rod-shaped member inserted from one side of the circular hole to the other surface side, and a top-shaped main body having a top shape. So that the center line of the top type body and the center line of the bar-shaped member coincide with each other with the conical surface of the top type body facing the reference surface of the reference surface setting member. A top-type member that is slidably fitted into the rod-shaped member, a target member that is supported by the reference plane setting member and has a measurement point on a center line of the rod-shaped member, the reference plane setting member, and the top-panel type And sandwiching means for sandwiching both sides of the circular hole with a member.
[0008]
In order to solve the above-mentioned object, the present invention provides a measuring apparatus for measuring the position and orientation of a flange attached to a device such as a tank. A centering jig for centering a circular hole that vertically penetrates both surfaces of which the front surface and the back surface are parallel to each other, abutting on one side of the both surfaces to form a surface parallel to the one surface A reference surface setting member, a rod-like member that is supported perpendicularly to the reference surface by the reference surface setting member, and is inserted from one side of the circular hole to the other side, and a top-of-the-game body having a top shape Is arranged on the other surface side of both surfaces of the circular hole, and the center line of the top of the top of the top of the top of the top of the top of the top of the top of the rod and the center of the bar A top-type member that is slidably fitted into the rod-shaped member so that the line coincides, a target member that is supported by the reference surface setting member and has a measurement point on a center line of the rod-shaped member, and the reference surface A pinch that sandwiches both sides of the circular hole between the setting member and the top type member Only a means, consists of, Attach to each of the three bolt holes on the flange Core An alignment jig, 3D position measurement means for measuring 3D coordinates of each measurement point of the target provided on each alignment jig, and 3D of each measurement point measured by the 3D position measurement means And calculating means for calculating the position and orientation of the flange based on the coordinates.
[0009]
Furthermore, in order to solve the above-mentioned object, the present invention provides a centering jig attached to the flange for measuring the position and posture of the flange attached to a device such as a tank, and abuts against the flange surface of the flange. A jig body comprising a reference surface portion forming a reference surface and a shaft portion supported by the reference surface portion and parallel to the flange surface, a reference surface portion contacting the flange surface of the flange to form a reference surface, and the A vertical column perpendicular to the reference surface portion, and a slide member that is slidably supported by the shaft portion of the jig body, and is supported on each reference surface side of the jig body and the slide member, and A pair of roller members each having a rotation axis perpendicular to each reference plane, and one each of the jig main body and the slide member are provided, and the positional relationship between the measurement point and the pair of roller members is determined in advance. A pair of fixed targets, a target provided on any one of the jig body and the slide member, the measurement point of which forms a plane in space together with the measurement points of the pair of targets, and the jig body Sliding means for sliding the slide member along the shaft portion of the flange, and inserting the pair of rollers into a pair of bolt holes of the flange facing each other across the flange hole center of the flange, The slide member is slid in a direction in which the jig body is brought close to the jig body, and is sandwiched between the pair of bolt holes by the pair of rollers and attached to the flange.
[0010]
Furthermore, in order to solve the above-mentioned object, the present invention provides a measuring apparatus for measuring the position and posture of a flange attached to a device such as a tank, and the centering jig according to
[0011]
According to the centering jig of the first aspect of the present invention, the rod-shaped member of the reference surface setting member disposed on one side surface of the circular hole is inserted into the circular hole, and the rod-shaped member is disposed on the other side surface of the circular hole. The target point of measurement of the target is positioned on the core of the circular hole only by inserting the top type main body of the set top type member and sandwiching both sides of the circular hole between the reference surface setting member and the top type member. According to the centering device of claim 2 of the present invention, each of the three bolt holes of the flange is provided with the centering device. Core An alignment jig is installed, the three-dimensional coordinates of the measurement points of each target of the alignment jig are measured by the three-dimensional position measurement means, and the position and orientation of the flange are calculated by the calculation means from the three-dimensional coordinates of each target. .
[0012]
According to the centering jig of
[0013]
According to the centering device of
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a centering jig according to the present invention and a measuring apparatus using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the overall configuration of a first embodiment of a measuring apparatus according to the present invention.
[0015]
As shown in the figure, the
The three-dimensional
[0016]
FIG. 2 is an explanatory view for explaining the structure of the centering
As shown in the figure, the centering
[0017]
In addition, a cylindrical rod-shaped
On the opposite side of the reference surface 28 a of the
[0018]
On the other hand, in the
[0019]
Next, the operation of the first embodiment of the measuring apparatus according to the present invention configured as described above will be described.
FIG. 3 is an explanatory view for explaining the operation of the first embodiment of the measuring apparatus according to the present invention, and shows a state in which the centering
[0020]
First, the rod-shaped
Next, the reference
[0021]
Similarly, by setting the centering
The three-dimensional coordinate of the
[0022]
Thus, according to the first embodiment of the present invention, the
[0023]
In the above-described embodiment, one
[0024]
Moreover, in said 1st Embodiment, although the measuring apparatus and the centering jig | tool were used in order to measure the installation condition of the flange of piping, it can be used in various situations which ask | require the core of a circular hole. . For example, FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a modification of the first embodiment. In the figure, a state is shown in which a
[0025]
The
[0026]
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the overall configuration of the second embodiment of the measuring apparatus according to the present invention.
As shown in the figure, the measuring
[0027]
FIG. 6 is an explanatory view illustrating the configuration of the centering
As shown in FIG. 6, the
[0028]
A pair of rollers 74 </ b> A and 74 </ b> B are rotatably supported on the
Targets 64 </ b> A and 64 </ b> B are respectively provided at the tip of the
[0029]
Next, the operation of the measuring apparatus using the centering jig configured as described above will be described.
7 and 8 are explanatory views for explaining the operation of the second embodiment of the centering device. FIG. 7 is a top view, and FIG. 8 is a side view showing only the flange in a sectional view.
[0030]
First, the
[0031]
Next, the positions of the measurement points 70 </ b> A, 70 </ b> B, 70 </ b> C of the targets arranged on the
[0032]
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the measurement points 70A, 70B, and 70C of each target obtain the position and orientation of the
[0033]
In the above-described embodiment, the installation positions of the
[0034]
In the above-described embodiment, the centering
In the above-described embodiment, the measuring
[0035]
As shown in FIG. 10, the measuring
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the centering jig and the measuring apparatus using the same according to the present invention, the target measuring point is suitable for measurement only by attaching the centering jig on which the target is supported to the flange. It is automatically positioned at the selected position. Thereby, the mounting operation of the target can be performed quickly and accurate measurement by the three-dimensional position measuring device can be performed. Further, the centering jig can be attached regardless of the material of the flange. Furthermore, it is possible to perform a measurement operation in a narrow place where the entire flange surface cannot be confirmed from the three-dimensional position measuring instrument.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment of a measuring apparatus according to the invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a centering jig according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the first embodiment of the measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a modification of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a second embodiment of a measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a centering jig according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram (top view) for explaining the operation of the second embodiment of the measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view (side view) for explaining the operation of the second embodiment of the measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is an overall configuration diagram showing a modification of the second embodiment according to the present invention.
10 is an overall configuration diagram of the centering jig in FIG. 9;
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional measuring apparatus.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a conventional measuring apparatus.
[Explanation of symbols]
12 ... Flange
12a ... Flange surface
14 ... Flange hole
16 ... Bolt hole
18 ... 3D position measuring instrument
20 ... Calculator
22 ... Centering jig (first embodiment)
24 ... Target (first embodiment)
24P ... Measurement point (first embodiment)
26: Reference plane setting member
28a ... reference plane (first embodiment)
38 ... Rod-shaped member
40. Top member
44a ... Conical peripheral surface
62 ... Centering jig (second embodiment)
64 ... Target (second embodiment)
66 ... Jig body
67 ... Reference plane part
67a ... reference plane (second embodiment)
68 ... Shaft
70 ... Measurement point
74 ... Laura
76 ... Slide member
77 ... Reference plane
77a ... reference plane (second embodiment)
78 ... Vertical pillar
Claims (4)
前記両面の一方面側に当接して該一方の面と平行な面を形成する基準面設定部材と、
前記基準面設定部材に装着されるとともに、回転自在なベアリングが先端に設けられ、該ベアリングが前記一方の面に当接される当接補助部材と、
前記基準面設定部材に、該基準面に対して垂直に支持され、前記円孔の一方面側から他方面側に挿通される棒状部材と、
独楽形状をした独楽型本体を前記円孔の両面の他方面側に配置し、前記独楽型本体の円錐状面を前記基準面設定部材の基準面に対向配置した状態で前記独楽型本体の中心線と前記棒状部材の中心線とが一致するように前記棒状部材にスライド自在に嵌通する独楽型部材と、
前記基準面設定部材に支持され、前記棒状部材の中心線上に計測点が位置するターゲット部材と、
前記基準面設定部材と前記独楽型部材とで前記円孔の両面を挟み付ける挟み付け手段と、から成ることを特徴とする芯出治具。A centering jig for centering a circular hole that vertically penetrates both surfaces whose front and back surfaces are parallel to each other ,
A reference surface setting member that is in contact with one side of the both surfaces to form a surface parallel to the one surface;
A contact assisting member mounted on the reference surface setting member and provided with a rotatable bearing at the tip, and the bearing abutting against the one surface;
A rod-like member that is supported by the reference surface setting member perpendicularly to the reference surface and is inserted from one side of the circular hole to the other side;
A top type main body having a top shape is arranged on the other side of both sides of the circular hole, and the center of the top type main body is arranged with the conical surface of the top type main body facing the reference surface of the reference surface setting member. A top-type member that is slidably fitted into the rod-shaped member so that a line and a center line of the rod-shaped member coincide with each other;
A target member supported by the reference plane setting member and having a measurement point located on the center line of the rod-shaped member;
A centering jig comprising: clamping means for clamping both sides of the circular hole between the reference surface setting member and the top-piece type member.
前記各芯出治具に設けられたターゲットの各計測点の3次元座標を計測する3次元位置計測手段と、
前記3次元位置計測手段で計測された各計測点の3次元座標に基づいて前記フランジの位置と姿勢を演算する演算手段と、
から成ることを特徴とする測定装置。In a measuring device for measuring the position and orientation of a flange attached to a device such as a tank, a centering jig for centering a circular hole that vertically penetrates both surfaces whose front and back surfaces are parallel to each other, A reference surface setting member that abuts on one side of both surfaces to form a surface parallel to the one surface, and is supported by the reference surface setting member perpendicularly to the reference surface, and one surface of the circular hole A rod-shaped member inserted from the side to the other surface side and a top-shaped main body having a top shape are arranged on the other surface side of both sides of the circular hole, and the conical surface of the top-type main body is a reference of the reference plane setting member A top-type member that is slidably fitted to the rod-shaped member so that a center line of the top-type body coincides with a center line of the rod-shaped member in a state of being opposed to the surface, and is supported by the reference surface setting member. The target where the measurement point is located on the center line of the rod-shaped member A member and made, and the pinching means pinching both sides of the circular hole in said top mold member and the reference plane setting member, each of the three bolt holes to install them core Dechi instrument of the flange,
3D position measuring means for measuring 3D coordinates of each measurement point of the target provided in each centering jig;
Computing means for computing the position and orientation of the flange based on the three-dimensional coordinates of each measurement point measured by the three-dimensional position measuring means;
A measuring device comprising:
前記フランジのフランジ面に当接して基準面を形成する基準面部と該基準面部に支持されて前記フランジ面に平行な軸部とから成る治具本体と、
前記フランジのフランジ面に当接して基準面を形成する基準面部と該基準面部に垂直な鉛直柱とから成り、前記治具本体の軸部にスライド自在に支持されるスライド部材と、
前記治具本体と前記スライド部材の各基準面側にそれぞれ支持されると共に、その回転軸が各基準面に対して垂直な一対のローラ部材と、
前記治具本体と前記スライド部材にそれぞれ1つ設けられ、その計測点と前記一対のローラ部材との位置関係が予め設定された一対のターゲットと、
前記治具本体と前記スライド部材の何れか一方に設けられ、その計測点が前記一対のターゲットの計測点と共に空間上に平面を形成するターゲットと、
前記治具本体の軸部に沿って前記スライド部材をスライドさせるスライド手段と、
から成り、前記フランジのフランジ孔中心を挟んで対向するフランジの一対のボルト孔に前記一対のローラを挿入すると共に、前記スライド手段で前記治具本体に前記スライド部材を近接させる方向にスライドさせて前記一対のローラで前記一対のボルト孔の間を挟持して前記フランジに取り付けることを特徴とする芯出治具。In a centering jig attached to the flange in order to measure the position and orientation of the flange attached to a device such as a tank,
A jig body composed of a reference surface portion that contacts the flange surface of the flange to form a reference surface, and a shaft portion that is supported by the reference surface portion and is parallel to the flange surface;
A reference member that forms a reference surface in contact with the flange surface of the flange, and a vertical column that is perpendicular to the reference surface portion, and a slide member that is slidably supported on the shaft portion of the jig body;
A pair of roller members that are supported on each reference surface side of the jig body and the slide member, and whose rotation axis is perpendicular to each reference surface,
A pair of targets each provided on the jig body and the slide member, the positional relationship between the measurement point and the pair of roller members is set in advance;
A target that is provided on any one of the jig body and the slide member, and whose measurement points form a plane in space together with the measurement points of the pair of targets;
Slide means for sliding the slide member along the shaft portion of the jig body;
The pair of rollers are inserted into a pair of bolt holes of the flanges facing each other across the flange hole center of the flange, and the slide member is slid in a direction to bring the slide member close to the jig body. A centering jig, wherein the pair of rollers is attached to the flange while being sandwiched between the pair of bolt holes.
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